以職之便 保護同誌
1946年4月，段伯宇到侍從室任職時，侍從室正處於向軍務局過渡時期。侍從室帶有封建專製色彩，是蔣介石實行軍事獨裁的重要機構。抗戰勝利後，全國呼籲民主的浪潮高漲，侍從室已成眾矢之的。另外，美國也要求國民黨改變軍事指揮係統，取消侍從室。蔣介石無奈，隻好改組軍事委員會，撤銷侍從室，另在國民政府內設軍務局，把原來侍從室主管的軍事部分劃歸軍務局。軍務局的特點是規模不大，人員精幹，業務集中，它是淩駕於國民政府各部門之上的軍事機要部門。
這年6月，段伯宇隨侍從室從重慶到了南京。不久侍從室改為軍務局，實際上換湯不換藥。他所在的科是第四科，由於主管情報，所以又稱情報科。情報科的科長名叫張國疆，與段伯宇在戰地黨政委員會時就認識，又是他弟弟段仲宇在中央陸軍軍官學校的同班同學。因為有這樣一層關係，對段伯宇順利開展工作很有利。
情報科掌管著全國各地的形勢報告和國民黨內部的政治、軍事、經濟、外交等方方麵麵的信息資料，而且每天都有大量的機密情報從各個係統報上來。這一點，讓段伯宇大喜過望，他利用這個有利條件，做過很多有利於黨的事情。
剛到軍務局不久，段伯宇就接到一份國防部遞上來的軍事情報。這是有關將中共廣東遊擊隊東江支隊轉移到華北地區的報告，其中還為東江支隊轉移規定了具體路線，要他們經江西、浙江、江蘇抵達山東解放區。他看完報告後，心頭忽地一沉，長途遷移，還要走規定路線，這分明是一出陰謀，目的是在路途中截擊消滅東江支隊。
為了掩護該支隊，段伯宇在隨後召開的專門研究東江支隊轉移一事的軍務局內部會議上，提出將他們水運北上。理由是，這樣做既可避免他們沿途與群眾接觸，又可便於監視。他的主張得到軍務局內穩健派的支持和局長俞濟時的同意，報蔣介石批準通過。爭取到這種結果，確保了東江支隊的安全轉移。東江支隊於當年6月30日由廣東乘船北上，7月5日安全到達了煙台解放區。就這樣，段伯宇為黨保存了一支重要的革命力量。
段伯宇在軍務局工作很認真“負責”，不到一年，晉升為少將高級參謀，後來又被提升為科長。
軍務局為了搞情報，十分注意從各方麵搜集中共文件和毛澤東及其他領導人的報告，情報科負責收集和保管。在此之前，第四科的重要材料由科長張國疆親自保管，他從各個渠道搜集了不少中共中央文件和毛澤東等中共高層領導的講話、報告及重要的文電等。後來張國疆把這些絕密材料，放心地交給了段伯宇保管。張國疆命令段伯宇深入研究這些文件：“和共產黨打仗，不了解它不研究它，怎麼能戰而勝之？”於是，段伯宇堂而皇之地在辦公室研究起“共黨文件”來。殊不知，暗地裏他是以此為指南，指導自己在敵營中開展工作。段伯宇看到了這些文件，不禁大吃一驚！心想：我黨我軍這麼絕密的文件，怎麼會到了國民黨手裏？不久張國疆調走，段伯宇接任科長之職，這方麵的“業務”也就名正言順地由段伯宇主管了。
段伯宇每天的工作，是將各地區、各部門、各係統送來的軍事情報進行綜合分析後，從中選擇最最重要的，按慣例每天報送若幹件給俞濟時轉呈蔣介石。通常情況下，每天上報十件。在這樣的日常工作中，段伯宇經常會接觸到重要軍事情報，對中共和解放軍不利的，他就想辦法拖延上報。
1947年3、4月間的一個星期六，眼看就要下班了，張國疆匆匆交給段伯宇一份密件電報，說了一句“酌情處理”就先下班走了。段伯宇接過一看，原來電報是國民黨三十二軍軍長打來的，上麵寫著：“三十二軍參謀長王啟明叛變，率部5000餘人投靠共產黨，已派兵追剿，兵力不足，請從速派兵增援。”
段伯宇早在三十二軍時就認識王啟明，當時王啟明任三十二軍723團團長，是中共地下黨員。王啟明任團長期間，在江西德安保衛戰中打得非常頑強，與數倍於己的日軍激戰五晝夜，該團1600多名官兵壯烈犧牲。在三十二軍，段伯宇和他都在王興綱領導之下，彼此知道對方身份。王興綱離開後，王啟明成了三十二軍地下黨負責人。再後來三十二軍被陳誠搞得支離破碎，段伯宇準備離開，臨別時王啟明對段伯宇說：“老段呀，你僅是個軍醫，還是個真正的愛國軍人，幹訓團也解散了，你想辦法離開是對的。”王啟明的這番話，仿佛還在耳邊回響……
看完電報後，他知道張國疆把這樁事情推給自己的真正用意了。原來，張國疆是王啟明的陸大同學，又是交情甚篤的老朋友，他不情願親手簽發追剿的命令。麵對自己的同誌，段伯宇想，無論如何也得保護他！這種電報本應立即呈報，因為正好是在星期六下午，於是段伯宇便借機把電報放在抽屜裏。這就晚報了兩天，既掩護了王啟明安全到達解放區，自己也避免了麻煩。
1947年夏，段伯宇在陸軍大學的一個叫萬建藩的同學找到他，要段伯宇幫忙救其弟弟。原來他弟弟萬鵬是蘇北一個兵站的站長，因涉嫌給解放區供給物資被扣押，就要被軍法處置。“通共案”情況非常嚴重，何況萬建藩還告知了萬鵬的身份是共產黨員。
萬建藩當時是南京警備司令部參謀長，很早就是中將軍銜。他早年留學日本，畢業於日本陸軍士官學校第二十二期。回國後當過南昌行營科長、第十三軍參謀處長、第三十一集團軍參謀長、第一戰區司令部副參謀長等職，他富有愛國心，為人正派，反對打內戰，是段伯宇積極爭取的對象。
既然萬鵬是共產黨員，撇開萬建蕃不說，為了搭救同誌，段伯宇決定冒險盡力營救。他借公務之便，弄清了這樁案子的狀況，得知這樁案子的案情資料已經上報軍務局軍法科，隻等調查取證核實後就簽署處理意見。為此，他特意接近軍法科主管軍法的何專員。
段伯宇雖然認識何專員，但平時很少打交道。為了從他那裏得到幫助，不得不接近他。初次交談，段伯宇抓住何專員喜歡談古論今的特點，與他泛泛談及曆史上的“人治”與“法治”的問題，段伯宇的博學善談，給他留下了好印象。此後，他們逐漸談及國民黨對待共產黨“嫌疑”一類的案情問題。對此，何專員說了實情：有些是事實，但很多屬於涉嫌，也有不少屬於虛構，此類案件頗難處理。談到投機處，何專員竟向段伯宇征求處理此類案件的意見，這正中段伯宇的下懷。
“何專員既然這麼抬舉我，那我就直說了。”段伯宇列舉了曆史上的一些案例請何專員參考，並乘機問到萬鵬的案件。段伯宇告訴何專員，萬建藩是現任的南京警備司令部參謀長，其弟萬鵬竟陷入“共嫌”案情，家有老母，萬建藩的心情很沉重等等，還談到了萬建藩與他是陸大同學的關係。他請何專員慎重考慮，妥善處理，能關照則予以關照。
當時對涉嫌與“共黨”有關的人和事處理是很重的，這次談話之後，何專員對萬鵬案件簽署的處理意見為：“撤職考查，待另任用”。這顯然是段伯宇的話起了作用。段伯宇這樣做，既保護了同誌，又團結了萬建藩。類似上述情況在段伯宇經手的案件中還有不少。每次遇到這種事，段伯宇總是設法掩護，為之開脫。
控製軍隊 策反將領
段氏兄弟對黨和人民的貢獻，其中很重要的一點，是成功地策反了一批國民黨將校軍官。盡管當時還沒有和黨組織恢複聯係，但段伯宇利用自己在軍務局的有利條件，和部分陸大同學多方聯係，醞釀如何反對蔣介石的內戰政策。